氮掺杂空心炭球作为锂离子电池负极材料的研究

以聚苯乙烯为模板,聚吡咯为炭前驱体,制备出尺寸均匀的氮掺杂空心炭球(NHCs)。通过N_2吸脱附曲线、X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和循环伏安法等测试方法考察了炭化温度对空心炭球的微观结构与电化学性能的影响。结果表明,制备的空心炭球直径在160 nm左右,氮原子百分含量达到9.69%。0.5 A·g~(-1)的电流密度下,800℃炭化所得空心球经过200次循环可逆容量达到493.4 mA·h·g~(-1),容量保持率为84%;在5 A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次循环,可逆容量仍高达265.2 mA·h·g~(-1)。说明所制备的空心球拥有高的可逆容量、良好的倍率性能和长的循环寿命,是一种优异的储锂材料。     

氮掺杂多孔炭材料的制备及其电容行为研究

氮掺杂多孔炭材料作为电荷存储和电子传输载体,在储能、催化等领域有重要应用,已成为炭材料领域的研究热点之一。通过煤沥青分子结构设计,引入具有亲水性羧基官能团,利用羧基与氮原子配位作用,成功制备了不同微观结构和表面形貌特征的氮掺杂炭材料。实验研究表明,氮掺杂多孔炭材料氮的质量分数为4.99%,氮的化学键合态以石墨氮(N-Q)和吡啶氮(N-6)为主,占比为72.9%。氮原子的引入,显著提升炭材料的电化学性能。在1A·g~(-1)电流密度下,电极材料的比容量为371.6 F·g~(-1),当电流密度增加到10 A·g~(-1)时,比容量为269 F·g~(-1),容量保持率为72.4%。     

二硫化锡/膨胀石墨复合材料的低温合成及其储锂性能

以氯化亚锡和硫代乙酰胺为原料,通过简单的溶液反应过程,制备了一种新型二硫化锡/膨胀石墨(SnS_2/EG)复合材料。实验结果表明,SnS_2纳米颗粒可均匀地担载在EG表面,并表现出优良的电化学储锂循环稳定性和倍率性能。100 mA·g~(-1)电流密度下,经200次充放电循环后复合材料的可逆容量仍保持在650 mA·h·g~(-1),同时大电流下的可逆容量保持率也较高(1 A·g~(-1)下的放电比容量为320 mA·h·g~(-1))。     

Sb_2S_3纳米棒的制备及其储锂性能测试

采用L-半胱氨酸盐酸盐(L-Cys·HCl)辅助乙醇热成功制备Sb_2S_3纳米棒,并采用XRD、SEM、循环伏安法和恒电流充放电技术对其进行了物理及电化学性能表征。结果表明:所制备得到的Sb_2S_3材料表现出良好的电化学储锂性能,在100 m A·g~(-1)电流密度下,首次可逆比容量为823 m Ah·g~(-1),30次循环后,保持在622 m Ah·g~(-1),容量保持率为76%;当电流密度提高到500 m A·g~(-1)时,可逆比容量也在400 m Ah·g~(-1)以上。     

金属有机骨架材料制备的多孔炭在锂硫电池中的应用

以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,经掺杂改性、高温炭化制得一种表面富含氮原子的多孔炭材料,并与升华硫复合制备硫/炭复合正极材料。利用扫描电镜、比表面分析仪及电化学测试等方法表征材料的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明,这种富含N的复合正极材料在电流密度167.5 m A·g~(-1)(0.1 C倍率)下首次放电比容量达到1 218.9 m A·h/g,循环50次后比容量降为560.1 m A·h/g,容量保持率为46%,相较于未掺杂氮的硫/炭复合材料,电化学性能得到显著提高。     

ZIFs衍生多孔炭-金属硫化物复合材料的制备及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因具有成本低和能量密度高等优点而受到广泛关注,但由于中间产物的溶解而产生致命的穿梭效应,严重缩短了电池的循环寿命。本文以ZIF-8为前驱体,经炭化后再硫化得到ZIFs衍生多孔炭-硫化锌复合材料(ZnS-ZDPC)。结果表明,ZnS-ZDPC/S为正极的Li-S电池在放电倍率为0.2C时,首次放电比容量为1 265.2 mA·h·g~(-1),循环300次后仍然能保持在654.1 m A·h·g~(-1),相比于ZDPC/S电极材料,容量衰减较慢,表现出较好的电化学性能。     

热处理温度对锂电池硅/炭负极材料的影响

以多巴胺为碳源,在纳米硅表面包覆炭层,制备了锂离子电池负极用硅/炭复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和锂离子电池性能测试等方法研究不同热处理温度对材料物相组成、结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,热处理温度越高,材料的结构越利于提高其电化学性能。1 100℃处理的硅/炭复合材料的颗粒呈近球形且炭层更均匀,循环性能也更优异,首次充放电效率高达77.24%,在100 m A·g~(-1)电流密度下充放电循环20次后放电比容量仍有715.4 m A·h·g~(-1)。     

SnS_2/氮掺杂多孔炭网络复合材料的制备及其电化学性能研究

二硫化锡(SnS_2)是一种受到广泛关注的高比容量和低成本的锂离子电池负极材料,但SnS_2在充放电过程中存在体积变化大,电导率低的问题。为了解决该问题,利用NaCl晶体为模板借助冷冻干燥的方法制备出纳米SnS_2片镶嵌氮掺杂多孔炭网络复合材料(SnS_2/N-CN)。材料中SnS_2纳米片的厚度为6～10 nm,均匀地镶嵌在多孔炭网络中。SnS_2/N-CN电极在0.1 A/g的电流密度下循环100次依旧保持813.7 mA·h/g的高可逆比容量,在3 A/g的电流密度下拥有436.7 mA·h/g的比容量,是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料。     

用于钠离子电池的热解氢化无烟煤负极材料（英文）

无烟煤成本低廉，在储能领域具有较大应用潜力，但原始无烟煤作为钠离子电池负极材料可逆容量太低。在不同温度下对无烟煤进行煅烧处理。结果显示，无烟煤1 300℃热解产物(A-1300)具有最高可逆总量，在20m A/g电流密度下容量为307 mA·h/g，但其倍率性能不佳，500 mA/g时A-1300的容量仅为105 mA·h/g。通过氢化-热解两步策略不仅能降低热解温度，也可显著改善其倍率性能。结果表明：氢化后的无烟煤更易石墨化，900℃热解产物(H300-3-900)在500 mA/g电流密度下循环500圈后的容量可达113 mA·h/g，表现出优异的倍率性能，而且低温制备更易商业化。     

新型多孔炭的制备及其储锂性能

以竹笋为原料炭化获得生物质炭,再用氢氧化钾活化得到多孔生物质炭,采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和氮气物理吸附等方法对多孔生物质炭的微观结构和形貌进行了表征。以此多孔生物质炭作负极材料探究其电化学性能,结果表明在1 000 mA/g电流密度下,材料的首次充电比容量为286.9 mA·h/g,循环50次后充电比容量保持在201.8 mA·h/g,循环500次后充电比容量仍有221.5 mA·h/g,表明此多孔炭材料具有优良的电化学循环性能,使其有望成为具有竞争力的锂电池负极材料。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl_2·6H_2O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500m A·g~(-1)电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 m A·h·g~(-1),容量保持率达86.6%;在10 A·g~(-1)的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 m A·h·g~(-1)。     

晶须形中空多孔氮掺杂复合碳电极材料的制备及电化学性能研究

中空多孔碳因其低密度、大孔容、高比表面积以及优良的电导率,被视为一种理想的电负极材料。以纳米碳酸钙晶须为模板剂,负载聚多巴胺薄膜与氧化石墨烯,作为碳源与氮源,制备出晶须形中空多孔碳材料(Cw-GO),应用于锂离子电池负极。碳化过程中,碳酸钙晶须经高温分解释放出大量二氧化碳,刺破碳前体壳层,具有高效扩孔功能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪对样品形貌和结构进行了表征,利用循环伏安(CV)、阻抗谱(EIS)、循环充放电(GCD)对样品进行电化学性能检测。结果表明,复合材料Cw-GO在500 mA·g~(-1)的电流密度下,其初始放电比容量可达到1185.9 mA·h·g~(-1),在循环200次后,比容量为921.8mA·h·g~(-1),库仑效率基本保持在99.4%,表现出优异的电化学性能。     

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g~(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g~(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g~(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g~(-1),表现出优异的可逆储钠性能。     

NiFe_2O_4-石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能

通过溶剂热的方法合成了石墨烯-镍铁氧体纳米复合材料(NFR)。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)以及透射电镜(TEM)等仪器对样品的形貌和结构进行了表征,并将其作为锂离子电池负极材料组装成模拟电池,考察其电化学性能。测试结果表明:NFR纳米复合材料在100m A·g~(-1)电流密度首圈放电比容量高达1223m Ah·g~(-1),首次可逆比容量为830m Ah·g~(-1),100圈充放电后,容量几乎无衰减,保持较好的循环稳定性。这种优异的性能归功于复合材料中镍铁氧体和石墨烯之间的协同作用。     

纳米石墨包覆球形LiFePO_4正极材料的制备及其性能研究

采用湿球研磨-喷雾干燥法合成了纳米石墨包覆的球形LiFePO_4材料。该材料呈现了大小较为均匀的球形颗粒,颗粒度较小。性能测试表明该材料具有优异的电化学性能,最佳样品C在0.1 C时的放电比容量为160.9 m A·h·g~(-1),在高倍率5 C下的比容量仍为120.5 m A·h·g~(-1),显示了良好的比容量维持率。该法制备细小而致密的球形颗粒,并通过纳米石墨包覆增强导电性,大大提高了LiFePO_4材料的电化学性能,此方法简便、高效,有工业化应用的前景。     

木质素基炭材料在锂离子电池中的应用

工业木质素原料在不同温度(800,1 000,1 200℃)下热解获得木质素基硬碳材料。通过X射线电子衍射(XRD)与元素分析对热解炭的结构与组成进行表征。采用循环伏安(CV)和恒流充放电表征其容量、倍率及循环性能,并探讨了其储锂机理。电化学实验结果表明:1 0000℃热解硬碳具有最佳的电化学性能,首次充放电容量为643.2/406mA·h·g~(-1),效率高达63.1%,具有较好的倍率性能,在2C电流密度下循环200次,容量几乎没有衰减,仍保持在191mA·h·g~(-1)。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

核壳结构米粒状FeS2/C纳米材料制备及储锂性能研究

通过阴离子置换反应制备出具有核壳结构的米粒状FeS₂/C纳米材料。所制备材料具有较高的离子和电子电导,优异的电解液浸润特性,以及缓冲材料体积变化的能力。在作为锂离子电池负极材料时,FeS₂/C电极具有较高的可逆比容量以及优秀的倍率性能,100 mA·g^-1电流密度下可逆比容量高达1100 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下,依然有866 mA·h·g^-1可逆比容量。研究结果为其他核壳材料的制备提供了新的思路和方法。     

自蔓延法制备锂离子电池负极Mn3O4材料的研究

硝酸锰为锰源,柠檬酸为形貌调节剂,自蔓延法制备Mn_3O_4材料。研究了自蔓延温度、柠檬酸与硝酸锰比例对Mn_3O_4形貌、结构及其电化学性能的影响。由X射线衍射(XRD)、电子显微镜(SEM)以及LAND电化学测试结果表明:自蔓延温度为500℃,硝酸锰与柠檬酸的比例为1:2.5时,可获得粒度分布较均匀的纳米级Mn_3O_4样品。样品的首次可逆容量约为1150 mA·h·g~(-1),50次循环后,可逆容量约为430 mA·h·g~(-1),表现出优异的电化学性能。     

纳米银复合的多孔生物质硅材料的制备及储锂性能

以废弃的谷壳为原料,通过镁热还原-银镜反应法成功制备了多孔硅/银复合纳米材料,并研究其结构形貌及储锂性能。结果表明:采用谷壳为原料获得的硅/银复合材料为纳米多孔结构,其粒径约为10～20 nm,纳米银的原位复合可显著提高电极的循环稳定性能、倍率性能和比容量。原位纳米银粒子复合后的Si/Ag电极50次循环后的容量依然能维持750.4 mA·h/g,为石墨类碳材料容量的2倍以上,较生物质硅电极提高了370.2 mA·h/g,采用800 mA/g的电流密度进行大电流充放电时,Si/Ag电极表现出618.3 mA·h/g的可逆容量,远高于Si电极380.2 mA·h/g的容量。性能的改善缘于复合后本体材料较高的导电性和电极/电解液界面的优良性能。